基于混合控制策略的半桥三电平LLC谐振变换器的研究与设计

摘要

目前，电动汽车的大力推广与应用正在倒逼充电设施的建设，快速促进了充电系统的研究与开发。就当前技术及市场需求来看，充电系统的充电电压级别可以分为高压（600V以上）、中压（300~600V）、低压（300V以下）三大类。针对中高压级别的变换器研究比较广泛，也相对比较成熟，但对低压大电流类型的变换器研究相对较少且由于充电电压跨度太大以至于普遍适用于中高压的变换器无法适用于低压场合，而且目前市场对低压大电流类型的充电系统需求量相当大（例如场地巡逻车、电动物流车等），因此研究低压大电流类型的变换器具有重大意义。　　为此，本文对低压大电流充电系统展开研究，从成本及实现的难易程度出发，选用了半桥三电平LLC谐振变换器拓扑作为主电路。为了便于磁性器件优化设计、变换器可以在较窄的变频范围内获得较宽的直流电压增益且在极低负载率下可以稳定输出，本文采用变频和移相相结合的混合控制策略。　　论文首先简要阐述了基本半桥三电平的工作原理，对LLC谐振回路的电路进行建模分析，两者结合后得到了半桥三电平LLC谐振变换器拓扑。　　其次，分别对移相控制和变频控制进行了研究，得出了混合控制策略的控制方法并针对空载稳定运行提出了相应的控制方法。　　再次，本文完成了半桥三电平LLC谐振变换器硬件电路及软件系统的设计，包括主电路功率器件的参数计算和选型；以TMS320F28035为核心的控制电路、驱动电路、采样电路、辅助电源的设计。　　最后，本文研制了一台变频范围为80kHz~120kHz，输出功率为10kW的半桥三电平LLC谐振变换器。通过对样机主电路及控制电路的调试和实验，验证了电路理论的正确性。实验结果表明，混合控制策略确能在该拓扑上实现上述功能，验证了设计的正确性。所开发的谐振变换器性能良好，即使在极低负载率下，也能实现低能耗稳定输出。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及其意义

1.2大功率谐振变换器发展状况

1.3三电平LLC谐振变换器控制策略的发展

1.4本文研究内容及章节安排

第二章 半桥三电平变换器控制原理及LLC模型分析

2.1基本半桥三电平直流变换器PWM控制策略

2.2半桥三电平直流变换器PWM控制策略分析

2.3 LLC谐振电路模型建模分析

2.4本章小结

第三章 混合控制策略分析

3.1混合控制模态分析

3.2混合控制策略电压增益分析

3.3软开关的实现与约束条件

3.4混合控制模式的实现

3.5本章小结

第四章 半桥三电平LLC谐振变换器系统设计

4.1硬件主电路设计

4.2控制电路设计

4.3软件系统设计

4.4本章小结

第五章 系统样机及实验结果

5.1实验样机及实验平台

5.2正常运行实验结果分析

5.3近乎空载运行实验结果分析

5.4动态响应实验结果分析

5.5本章小结

总结及展望

总结

展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢